新设备在真空中分析托卡马克组件的表面

美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家已经成功测试了一种新设备，该设备将更好地理解融合设施中包含的超热血浆与这些设施内部材料之间的相互作用。称为材料分析粒子探针(MAPP)的测量工具由一个财团建造，该财团包括普林斯顿大学和伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校(I.U.)。

MAPP的主要开发人员是Jean Paul Allain教授，他现在在美国大学，2011年开始这个项目.PPPL的合作者包括物理学家Robert Kaita，Charles Skinner和Bruce Koel。

“使用MAPP，我们首次看到材料与等离子体相互作用时的演变，以及调理和其他程序如何改变材料的化学性质，”主要作者，该部门研究生Felipe Bedoya说。 I. Bedoya大学的核，等离子和放射工程学会在PPPL学习了一个学期，研究了国家球形环实验升级(NSTX-)中等离子体成分(PFCs)的调理与等离子体行为之间的关系。 U)，国家最新的聚变装置和PPPL的旗舰融合设施。

等离子体和托卡马克内壁之间的相互作用对于聚变能的产生是至关重要的，因为它们深刻地影响等离子体的状态。如果等离子体中的热氢离子接触壁，则离子被吸收并冷却。如果冷氢重新进入等离子体，它会降低等离子体边缘的温度，并且等离子体内的聚变反应发生的频率降低。

另外，托卡马克的内部可以通过轰击等离子体离子而被侵蚀。等离子体 - 壁相互作用的量也可以确定托卡马克的面向等离子体的组件在被替换之前可以持续多长时间。因此，了解材料暴露于等离子体时的行为对于未来熔接机的设计至关重要。

在MAPP之前，科学家们必须等待完成一系列的融合实验才能分析托卡马克内的材料。这使得研究人员不必自信地将融合实验与材料的影响联系起来。由于材料的样品在送到实验室时必须暴露在空气中，科学家们无法确定样品的化学性质是否有变化。

MAPP使材料样品在每次实验后在真空条件下测量。“人们过去常常等到实验活动结束后拿出瓷砖，把它带到实验室，并检查它，”Bedoya说。“我们现在正在做的是将实验室带到机器上。”

MAPP已在过去10个月内在NSTX-U上运行。在使用MAPP时，研究人员将一组用硼调节的材料样品暴露在NSTX-U等离子体中，并将​​样品收回真空室，不暴露在空气中。然后，他们使用一种称为“X射线光电子能谱”的技术用X射线照射样品并研究该过程发射的电子。发射提供了有关样品表面化学的信息，揭示了硼涂层暴露于等离子体时的变化情况。

在论文中，作者报告说他们成功地测试了一种方法来分析MAPP产生的数据。他们使用名为CasaXPS的复杂计算机程序来获得正确的解释。结果似乎与受控实验室实验和计算机模拟相匹配，表明该技术的分析是正确的。

“许多人已经看到等离子体组件的调理与等离子体的性能之间存在很强的相关性，”Bedoya说。“因此，如果您能够诊断出调理的变化，那么每次都可以做得更好，更好，最终找出最佳的调理方法。”

科学家认为，MAPP将成为等离子体物理研究的重要组成部分。PPPL物理学家兼该论文的共同作者查尔斯斯金纳说：“MAPP是向揭开托卡马克墙壁上发生的事件的一个步骤，因为墙壁改变了等离子体的状态。” “使用这种设备可以帮助我们准确地看到墙壁上发生了什么，以及它如何与血浆相关甚至解释。”